传感器测控电路设计实验

日期:2012年5月14日

实验一 光电开关设计与应用

一、 实验目的

学习最基本的光电测试系统的设计方法，并结合实际需求进行具体应用。 

二、 实验要求

1．掌握发光二极管和光电三极管的工作原理。

2．了解发光二极管和光电三极管实际器件的结构形式、驱动和特性。

3．利用实验提供的元器件、导线、面包板，自行设计搭建一光电开关，驱动发光二极管，通过发光二极管的亮暗模拟液位的报警。

三、 基本原理

1．发光二极管直流驱动电路

图1 

如图1，发光二极管加正向直流偏压U，可以促进N区的电子（P区的空穴）向P区（向N区）的扩散运动，从而使得电子和空穴在P-N结中复合发光。

2．光电三极管直流驱动电路

图2

如图2，NPN型光电三极管集电极加正电压，发射极加负电压。当无光照时，基-集结处于反向偏置，基极电流为0，相当于三极管基极处于开路状态；有光照射到基-集结上时，光生载流子在内建内建电场的作用下（偏置电压方向与内建电场方向一致），电子向集电极漂移，空穴向基极漂移，形成光生电压，使基极电位升高，从而使得三极管导通。若基极无引线，则集电极电流等于发射极电流。

四、 实验内容

1．设计液位报警光电开关电路的原理图。

2．在面包板上搭建开关电路，通过插入挡板的方式代替液位高低，实现发光二极管的亮暗控制（模拟液位的报警）。

五、实验数据

下图所示是连接驱动电路后对光电三极管进行有光和无光实验，所得实验截图。

无光时测电阻电压

有光时测电阻电压

我们所设计的液位报警光电开关的原理图

液位报警光电开关实物图

无光时led灯的正极电压

有光时led灯正极电压

六、实验总结

电路的设计总结来说一是要抓住原理来设计，才能设计出符合逻辑的正确的电路。二是在具体应用中，实际的系统可能得不到正确的结论和应有的现象，这时就需要根据实际出现的问题具体解决。例如上面的电路图，没有图中s9013的三极管也可以在理论上完成实验，单我们一直没办法实现预期功能，后来在测试，测量中找问题，也想了很多设想，最后分析得出电流太小的缘故，所以我们采用增加一级放大电路，完成了预期的功能。

实验二 光敏电阻路灯通断控制电路 

一、 实验目的

学习最基本的光电测试系统的设计方法，并结合实际需求进行具体应用。 

二、 实验要求

1．掌握光敏电阻的工作原理。

2．了解光敏电阻实际器件的结构形式、驱动和伏安特性。

3．利用实验提供的元器件、导线、面包板，自行设计搭建一路灯通断自动控制电路。（路灯用发光二极管代替）

三、 基本原理

1．光敏电阻的偏置电路

如图1，光敏电阻加正向偏置电压工作。当无光照时，光敏电阻RP表现了很高的阻值；当有光照时，流过光敏电阻RP的电流增大，相当于光敏电阻RP的阻值减小。

2．光敏电阻的微观工作原理

如图2为多晶PbS光敏电阻，由多个交错的PN结构成。当无光照时，多数载流子的漂移形成内建电场，达到平衡时，多数载流子不再深度扩散，光敏电阻表现了很大的阻值。当有光照时，本征激发的少数光生载流子，由于漂移使得PN结内建电场势垒降低，从而降低了对多数载流子的束缚，使得多数载流子的迁移大大加强，在外加电场的作用下，就形成了较大的电流，表现为光敏电阻的阻值急剧减小。

四、 实验内容

1．设计光敏电阻路灯通断自动控制电路的原理图。

2．在面包板上搭建路灯通断自动控制电路，实现发光二极管的通断控制。

五、实验数据

测试光敏电阻驱动电路时有光情况

测试光敏电阻驱动电路时无光情况

我们设计的光敏电阻路灯通断自动控制电路原理图

我们设计的光敏电阻路灯通断自动控制电路实物图

六、实验总结

我们在设计这个电路时，也遇到达不到目的的情况，我们也是要通过实验测量，分析得到的数据，找到问题的关键然后解决问题，这个电路中我们多次调解电阻的阻值以适应实际需要。通过两次实验我学会了光电测试系统的设计方法。也学会了在实际系统中因地制宜，找到适合实际系统的最佳设计。下载本文